CN109021255A - 一种复合水凝胶及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种复合水凝胶及其制备方法和应用，所述水凝胶由壳聚糖和氮掺杂石墨烯经化学交联形成，其中壳聚糖的分子量为8000~12000Da，氮掺杂石墨烯与壳聚糖的质量比为0.1:1~5:1。所述水凝胶的制备方法如下：S1：将壳聚糖加水溶解，依次加入交联剂和氮掺杂石墨烯，密封条件下搅拌；S2：对S1所得溶液进行透析，然后将透析袋内的溶液倒入模具中，密封条件下辐照。本发明提供的复合水凝胶以壳聚糖为原料，具有良好的生物相容性，对组织无刺激性，可以改善创面局部微环境，加速伤口愈合并防止感染。同时，本发明提供的复合水凝胶的制备方法简单，得到的复合水凝胶的力学强度高。

Description

一种复合水凝胶及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于复合材料技术领域，具体地，涉及一种复合水凝胶及其制备方法和应用。
背景技术
对于1个月内没有愈合趋势的创面是临床上通称的慢性创面，根据原因的不同，大致分为创伤性溃疡、血运障碍性溃疡、压疮、糖尿病性四肢溃疡、中重度烧烫伤溃疡创面及少量放射性溃疡创面。慢性创面的愈合问题一直是临床上的难题，患者及家属的生活受到了比较严重的影响，并且常为了避免感染应用抗生素，容易导致多重耐药。目前市场使用较为广泛的慢性创面抗菌敷料主要是含银敷料。虽然含银敷料具有较好的抗菌效果，但是敷料中的银离子可通过创面接触进入人体，对人体的健康存在潜在的危害。
因此，很有必要研发一种力学强度高、制备方法简单的复合水凝胶。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种复合水凝胶，本发明提供的复合水凝胶具有较高力学强度，良好的生物相容性，对组织无刺激，可以改善创面局部微环境，加速伤口愈合并防止感染。
本发明的另一目的在于提供上述复合水凝胶的制备方法。
本发明的另一目的在于提供上述复合水凝胶在制备慢性创面修复产品中的应用。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种复合水凝胶，所述水凝胶由壳聚糖和氮掺杂石墨烯经化学交联形成，其中壳聚糖的分子量为8000~12000Da，氮掺杂石墨烯与壳聚糖的质量比为0.1:1~5:1。
本发明提供的复合水凝胶以壳聚糖为原料，具有良好的生物相容性，对组织无刺激性，可以改善创面局部微环境，加速伤口愈合并防止感染。
本发明利用氮掺杂石墨烯突出的高强度、高模量的力学性能，与壳聚糖交联制备的复合水凝胶，力学强度与单纯壳聚糖制备的水凝胶相比增加3~7倍，压缩弹性模量达到5~8MPa。
优选地，所述壳聚糖的分子量为9000~11000 Da。
优选地，所述氮掺杂石墨烯与壳聚糖的质量比为0.5:1~2:1。
上述复合水凝胶的制备方法，所述制备方法如下：
S1：将壳聚糖加水溶解，依次加入交联剂和氮掺杂石墨烯，密封条件下搅拌；
S2：对S1所得溶液进行透析，将透析后的溶液倒入模具中，密封条件下辐照。
本发明通过对壳聚糖和氮掺杂石墨烯进行化学改性和物理交联，制备了一种强度较高的复合水凝胶。制备过程由于壳聚糖带阳性电荷，在进行化学改性时，不会出现团聚现象，从而无需调节pH，简化了制备工艺。
在本发明中，所述水为蒸馏水、纯化水或去离子水中的一种或几种。
优选地，S1中，所述交联剂为1-乙基-（3-二甲氨基丙基）碳二亚胺盐酸盐和/或N-羟基琥珀酰亚胺。
优选地，S1中，所述交联剂与氮掺杂石墨烯的质量比为0.5:100~2:100。
优选地，S1中，反应的温度为25~45℃，反应时间为0.5~4h。
优选地，S2中，透析的时间为4~24h。
本发明同时保护上述复合水凝胶在制备慢性创面修复产品中的应用。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明提供的复合水凝胶以壳聚糖为原料，具有良好的生物相容性，对组织无刺激性，可以改善创面局部微环境，加速伤口愈合并防止感染。同时，本发明提供的复合水凝胶的制备方法简单，得到的复合水凝胶的力学强度高。
具体实施方式
以下结合具体实施例来进一步说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
除非特别说明，本发明所用试剂和材料均为市购。
实施例1
一种复合水凝胶的制备方法，所述方法如下：
（1）称取1g壳聚糖于容器中加入5g去离子水使搅拌使其溶解，加入0.0003g EDC和0.0002g NHS，加入0.1g的氮掺杂石墨烯，密封、搅拌放置于25℃下反应4h。
（2）透析4h，每2小时换一次水。将透析袋内的溶液倒入模具中，密封，Co60 gamma，剂量10kGy射线辐照12h。
实施例2
一种复合水凝胶的制备方法，所述方法如下：
（1）称取0.5g壳聚糖于容器中加入5g纯化水使搅拌使其溶解，加入0.02g EDC和0.03gNHS，加入2.5g的氮掺杂石墨烯，密封、搅拌放置于30℃下反应6h。
（2）透析12h，每4小时换一次水。将透析袋内的溶液倒入模具中，密封，Co60gamma，剂量35kGy射线辐照8h。
实施例3
一种复合水凝胶的制备方法，所述方法如下：
（1）称取0.75g壳聚糖于容器中加入5g纯化水使搅拌使其溶解，加入0.015g EDC，加入1.5g的氮掺杂石墨烯，密封、搅拌放置于45℃下反应8h。
（2）透析8h，每4小时换一次水。将透析袋内的溶液倒入模具中，密封，Co60 gamma，剂量50kGy射线辐照4h。
压缩弹性模量测量
采用平头圆柱压头测定材料的压缩弹性模量。在UMT试验机上完成，将试样在加载瞬间产生的线性变化视为压缩弹性模量，分别取一定量的实施例1，实例2，实施例3和对比例1中制备的材料，裁剪厚度为2mm的试样用于测试。试样下压位移为材料厚度的10%，加载速度为84um/s，得到应力-应变作图，线性拟合得到斜率视为压缩弹性模量。
表1 压缩弹性模量测试结果
测试例 压缩弹性模量/MPa
实施例1 5.2
实施例2 6.8
实施例3 7.9
压缩弹性模量用来表示材料在不同受力情况下的刚性强弱，即抵抗弹性形变的能力。根据表1中压缩弹性模量测试结果，可知对比例1中不加氮掺杂石墨烯制备得到的水凝胶的压缩模量结果低于本发明其它各实施例制备得到的水凝胶。
促创面愈合动物实验
将Wistar大鼠用3.6%水合氯醇按10g/kg腹腔注射麻醉。麻醉成功后，取俯卧位，将四肢固定于大鼠手术台上，用电动削毛刀荆除背部体毛。清水冲洗后使用75%酒精、III型安尔碘消毒。在大鼠背面作直径15mm(面积约180mm2)的圆形全层皮肤缺损创面，局部用双氧水、生理盐水冲洗，创面周围皮肤用75%酒精消毒，无菌纱布擦干。
将25*25mm2实施例1~3中的复合水凝胶叠分别放在3只经上述处理的大鼠的创面上，完整覆盖创面，在复合水凝胶的外面再用医用防水贴膜贴附，形成相对密闭环境。
术后动物分笼饲养，每天观察其进食量、饮水量、活动情况,创面愈合情况。
观察结果：大鼠术后均无明显的生命活动异常。摄食、饮水量基本一致，活动情况良好，精神、反应良好。本发明的水凝胶具有良好的生物相容性，对组织无刺激性，无不良反应。动物实验初步验证该复合水凝胶可改善创面局部的微环境，对加速伤口愈合和防治感染具有更显著的作用。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种复合水凝胶，其特征在于，所述水凝胶由壳聚糖和氮掺杂石墨烯经化学交联形成，其中壳聚糖的分子量为8000~12000Da，氮掺杂石墨烯与壳聚糖的质量比为0.1:1~5:1。
2.根据权利要求1所述复合水凝胶，其特征在于，所述壳聚糖的分子量为9000~11000Da。
3.根据权利要求1所述复合水凝胶，其特征在于，所述氮掺杂石墨烯与壳聚糖的质量比为0.5:1~2:1。
4.一种复合水凝胶的制备方法，其特征在于，所述制备方法如下：
S1：将壳聚糖加水溶解，依次加入交联剂和氮掺杂石墨烯，密封条件下搅拌；
S2：对S1所得溶液进行透析，将透析后的溶液倒入模具中，密封条件下辐照。
5.根据权利要求4所述制备方法，其特征在于，S1中，所述交联剂为1-乙基-（3-二甲氨基丙基）碳二亚胺盐酸盐和/或N-羟基琥珀酰亚胺。
6.根据权利要求4所述制备方法，其特征在于，S1中，所述交联剂与氮掺杂石墨烯的质量比为0.5:100~2:100。
7.根据权利要求4所述制备方法，其特征在于，S1中，反应的温度为25~45℃，反应时间为0.5~4h。
8.根据权利要求4所述制备方法，其特征在于，S2中，透析的时间为4~24h。
9.权利要求1~3任一所述复合水凝胶在制备慢性创面修复产品中的应用。
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